4.第16章 集成运算放大器讲解
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集成运算放大器全解
集成运算放大器全解
集成运算放大器的基本概念
集成运放是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。

1. 集成电路的特点
(1)在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此采用直接耦合。
(2)运算放大器的输入级都采用差分放大电路，其特点是输入电阻
高、抗干扰能力强、零漂小。
(3)在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。
(4)集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。
2. 集成运算放大器的符号、管脚

3. 集成运放的基本特性
理想化的条件：(1)开环电压放大倍数Ao → ∞(2)差模输入电阻 ri → ∞(3)开环输出电阻ro → 0
4. 集成运放的电压传输特性

5. 理想运放的分析特点
理想运放工作在非线性区的分析依据
集成运算放大器在信号运算方面的应用1.反相输入放大电路
2.同相输入放大电路

电压跟随器:

3. 加法运算电路
4.差分运算电路
例题:电路如图所示，试求出电路输出电压uo的值。
集成运算放大器在信号处理方面的应用
1. 有源滤波器
所谓滤波器，就是一种选频装置，它允许信号的一部分频率分量通过而抑制另一部分频率分量。

2. 电压比较器
在自动控制系统中，如果要对一个模拟信号与另一个模拟信号的大小进行比较。
按比较的结果来决定执行机构的动作，则需要用比较器来完成。
《j集成运算放大器》课件
音频信号处理
集成运算放大器可以用于音频信号的采样，将模拟信号转换为数字信号，便于数字音频处理和存储。
音频信号采样
模拟信号比较
集成运算放大器可以将模拟信号与参考电压进行比较，用于模拟电路中的比较器和触发器等电路。
模拟信号放大
集成运算放大器能够将微弱的模拟信号放大，用于驱动仪表、传感器等设备，提高测量精度和稳定性。
详细描述
总结词
共模抑制比是衡量集成运算放大器抑制共模干扰能力的重要参数。
总结词
共模抑制比表示运算放大器对共模信号的抑制能力，通常用分贝（dB）表示。高共模抑制比的运算放大器在抑制共模干扰方面性能更佳。
详细描述
集成运算放大器的选择与使用
根据应用需求，选择具有适当带宽、增益、精度和功耗的集成运算放大益是集成运算放大器最重要的参数之一，它表示输出电压与输入电压的比值。
总结词
电压增益反映了运算放大器对信号的放大能力，通常用分贝（dB）或倍数表示。一般来说，电压增益越高，放大器的性能越好。
详细描述
总结词
输入电阻和输出电阻是衡量集成运算放大器信号源和负载匹配程度的参数。
模拟信号滤波
集成运算放大器可以用于模拟信号的滤波，滤除噪声和干扰，提高信号的纯净度。
集成运算放大器能够将传感器输出的微弱信号放大，便于后续的信号处理和测量。
传感器信号放大
传感器信号线性化
传感器信号滤波
集成运算放大器可以将传感器输出的非线性信号线性化，提高测量精度和可靠性。
集成运算放大器可以用于传感器信号的滤波，滤除噪声和干扰，提高信号的可靠性和稳定性。
性能参数
考虑电路板空间限制，选择适合的封装和尺寸，以满足系统小型化的要求。
封装与尺寸
在满足性能要求的前提下，选择性价比高的产品。
集成运算放大器可以用于音频信号的采样，将模拟信号转换为数字信号，便于数字音频处理和存储。
音频信号采样
模拟信号比较
集成运算放大器可以将模拟信号与参考电压进行比较，用于模拟电路中的比较器和触发器等电路。
模拟信号放大
集成运算放大器能够将微弱的模拟信号放大，用于驱动仪表、传感器等设备，提高测量精度和稳定性。
详细描述
总结词
共模抑制比是衡量集成运算放大器抑制共模干扰能力的重要参数。
总结词
共模抑制比表示运算放大器对共模信号的抑制能力，通常用分贝（dB）表示。高共模抑制比的运算放大器在抑制共模干扰方面性能更佳。
详细描述
集成运算放大器的选择与使用
根据应用需求，选择具有适当带宽、增益、精度和功耗的集成运算放大益是集成运算放大器最重要的参数之一，它表示输出电压与输入电压的比值。
总结词
电压增益反映了运算放大器对信号的放大能力，通常用分贝（dB）或倍数表示。一般来说，电压增益越高，放大器的性能越好。
详细描述
总结词
输入电阻和输出电阻是衡量集成运算放大器信号源和负载匹配程度的参数。
模拟信号滤波
集成运算放大器可以用于模拟信号的滤波，滤除噪声和干扰，提高信号的纯净度。
集成运算放大器能够将传感器输出的微弱信号放大，便于后续的信号处理和测量。
传感器信号放大
传感器信号线性化
传感器信号滤波
集成运算放大器可以将传感器输出的非线性信号线性化，提高测量精度和可靠性。
集成运算放大器可以用于传感器信号的滤波，滤除噪声和干扰，提高信号的可靠性和稳定性。
性能参数
考虑电路板空间限制，选择适合的封装和尺寸，以满足系统小型化的要求。
封装与尺寸
在满足性能要求的前提下，选择性价比高的产品。
电子技术16章集成运算放大器
运放的输入级通常采用差分放 大电路，其输入阻抗非常高， 可以等效为无穷大。这样，信 号源内阻对信号的影响很小， 有利于减小误差和提高电路的 稳定性。
运放内部电路设计经过优化， 具有较低的噪声和失真，能够 实现高保真度的信号放大。
在一定的输入范围内，运放的 输出信号与输入信号呈线性关 系，使得运放成为线性模拟电 路的基本元件之一。
电流传输特性
差分放大电路的电流传输特性是 指输出电流与输入电流之间的关 系，通常用短路电流增益来表示 。
集成运算放大器的传输特性
开环传输特性
集成运算放大器的开环传输特性是指 在没有负反馈的情况下，输出信号与 输入信号之间的关系。
闭环传输特性
集成运算放大器的闭环传输特性是指 存在负反馈的情况下，输出信号与输 入信号之间的关系。
详细描述
开环电压增益反映了集成运算放大器对微弱信号的放大能力，其值越大，表示放大器的放大能力越强。在实际应 用中，集成运算放大器的开环电压增益通常在100分贝以上。
输入电阻和输出电阻
总结词
输入电阻和输出电阻是衡量集成运算放大器对信号的传输能力和负载驱动能力的指标。
详细描述
输入电阻表示集成运算放大器对信号源的负载能力，其值越大，对信号源的影响越小。输出电阻表示 集成运算放大器带负载的能力，其值越小，带负载能力越强。在实际应用中，输入电阻通常在兆欧级 别，而输出电阻在几百千欧左右。
输出信号失真
总结词
输出信号失真可能是由于输入信号失真、反馈电路参数不匹配或电路元件参数不匹配等 原因引起的。
详细描述
当输出信号失真时，应检查输入信号是否失真，同时调整反馈电路的参数使其与电路元 件匹配，以确保输出信号的保真度。
集成运算放大器发热严重
集成运算放大器的基础知识图解课件
选择合适的集成运算放大器
01
02
03
04
根据应用需求选择合适的类型 和规格。
考虑集成运算放大器的性能参 数，如带宽增益积、精度、噪
声等。
考虑集成运算放大器的功耗和 散热性能。
考虑集成运算放大器的封装形 式和引脚排列，以便于电路设
计和连接。
05 集成运算放大器的常见应 用电路
反相比例运算电路
总结词
02 集成运算放大器的基本结 构与工作原理
差分输入级
差分输入级是集成运算放大器 的核心部分，负责将差分输入 信号转换为单端输出信号。
它通常由两个对称的晶体管组 成，能够有效地抑制温漂和减 小噪声干扰。
差分输入级的作用是提高放大 器的输入电阻和共模抑制比， 从而提高信号的信噪比。
电压放大级
电压放大级是集成运算放大器中 用于放大输入信号的级，通常由
微分电路
总结词
微分电路是一种将输入信号进行微分运算的 电路，通常用于测量变化快速的物理量。
详细描述
在微分电路中，输入信号通过电阻R1和电 容C加到集成运算放大器的反相输入端，输 出信号通过反馈电阻RF反馈到反相输入端 。由于电容C的充电和放电过程，输出信号 与输入信号的时间导数成正比，从而实现微 分运算。微分电路常用于测量流量、振动等 变化快速的物理量。
06 集成运算放大器的使用注 意事项与故障排除
使用注意事项
避免电源电压过高或过低
集成运算放大器的正常工作电压范围 有限，过高或过低的电压可能导致器 件损坏。
输入信号幅度控制
输入信号幅度过大可能导致集成运算 放大器过载，影响性能甚至损坏器件 。
避免直流偏置
直流偏置可能导致集成运算放大器性 能下降，甚至无法正常工作。
电工学课件集成运算放大器演示文稿
线性区： uo=Auo(u+-u-)
分 析
两rid输→入∞端，的故输
入电流为零。
虚断
依 据
Auo→∞ ，uo为有限值，
故 u+-u-=uo/Auo≈0
即 u+ ≈ u-
饱和区
o -Uo(sat)
线性区
虚短
u+ - u-
当有信号输入时，如同相端 接地，即u+=0 则 u- ≈ 0
虚地
饱和区：
uo≠Auo(u+-u-) 当u+ >u- 时,uo=＋uo(sat) 当u+ <u- 时,uo=－uo(sat)
模拟集成电路：集成运算放大器、集成功率 放大器、集成稳压电源、集成数模转 换电路
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 尽量避免使用电容。 2. 输入级采用差动放大电路。 3. 电阻值大致为100Ω～ 30kΩ。 4. 二极管都采用三极管构成。
16.1.2 电路的简单说明
一、运放构成
输入端 输入级
下面的问题是从输出端将反
馈引到同相端还是反相端 ？
Z
答案是：引回到反相端
16.2.1 比例运算
i1
Ru1 -
if
-
∞Rf - ∞+
uo
1、反相输入
Rf —反馈电阻；
ui
u+ +
+
+
R2
uo
R2 —平衡电阻，用于消除
静态基极电流对输出电压的影
响。 R2= R1∥Rf 由KCL、KVL和运放工作在线性区的分析依据：
右图所示为运放输入和输 出电压的关系曲线，称为传输 特性。从图中看到，实际运放 的传输特性与理想运放比较接 近。
集成运算放大器及应用—集成运算放大器(电子技术课件)
（a）新国标符号
（b）以往用过的符号
图3.1.2 集成运放的符号
4.集成运放实物 （1）封装形式、引脚排列
金属壳封装
双列直插式 塑料封装
图3.1.3 集成运放封装与引脚图
图3.1.4 LM324引脚图
（2）运算放大器外形图
图3.1.5 集成运放实物图
三、理想集成运放的主要参数 1.理想集成运放
4.共模抑制比 KCMR 反映了集成运放对共模信号的抑制能力。
5.输入失调电压、电流 U IO 0 I IO 0 它是指集成运放输出电压为零时，两个输入端所加补偿电压的大小、两个输
入端的静态电流之差均为零。 6.上限截止频率 f H
反映集成运放的频率特性。
集成运放的线性应用（一）
3.2.1 集成运放的线性应用（一）
差模信号是指 ui1 = – ui2，即两个输入信号大小相同，极性相反。 共模信号是指 ui1 = ui2 ，即两个输入信号大小相同，极性相同。
2.输入电阻 rid
它是指集成运放在开环状态下，输入差模信号时两输入端之间的动态电阻， 反映差模输入时，集成运放向信号源索取电流的大小。
3.输出电阻 ro 0
二、集成运放的组成及符号 1.集成运放的组成框图
uid +
输入级
中间电压 放大级
输出级 uo
偏置电路
图3.1.1 集成运放的组成框图
2.各组成部分的特点
采用差分放大电路。要求输入电阻 高，输入端耐压高，抑制温度漂移 能力强，静态电流小。
采用共发射极放大 电路。要求有足够 的放大能力。
采用互补对称输出电 路。要求输出电压范 围宽，输出电阻小， 非线性失真小。
一、线性区的集成运放
电工学：第16章 集成运算放大器
第三代产品的输入级采用了超管， 值高达1000～5000倍，而且版图设计 考虑了热效应的影响，从而减小了失调电压、失调电流及它们的温漂，增大了 共模抑制比和输入电阻。典型产品有AD508、MC1556、国产的F1556、F030等
第四代产品采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性能指标参数更加理 想化，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度。典型产品有 HA2900、SN62088、国产的5G7650等。
第一代产品基本沿用了分立元件放大电路的设计思想,采用了集成数字电 路的制造工艺，利用少量横向PNP管,构成以电流源做偏置电路的三级直接耦合 放大电路。但是，它各方面性能都远远优于分立元件电路，满足了一般应用的 要求。典型产品有A709、国产的F003、5G23等。
第二代产品普遍采用了有源负载，简化了电路的设计，并使开环增益有 了明显的提高，各方面性能指标比较均衡，因此属于通用型运放，应用非常 广泛。典型的产品有A741、LM324、国产的F007、F324、5G24等。
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此，后 面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
27
2. 电压传输特性 uo= f (u+- u-)
+Uo(sat) uo
理想特性
线性区
u–
u+– u– u+
O
实际特性
饱和区
–+
uo
+
–Uo(sat) 线性区： uo = Auo(u+– u–)
uO
对地电位
偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。
输入级：前置级，多采用带恒流源的差分放大电路。 要求ri大，Ad大， Ac小，输入端耐压高。
第四代产品采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性能指标参数更加理 想化，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度。典型产品有 HA2900、SN62088、国产的5G7650等。
第一代产品基本沿用了分立元件放大电路的设计思想,采用了集成数字电 路的制造工艺，利用少量横向PNP管,构成以电流源做偏置电路的三级直接耦合 放大电路。但是，它各方面性能都远远优于分立元件电路，满足了一般应用的 要求。典型产品有A709、国产的F003、5G23等。
第二代产品普遍采用了有源负载，简化了电路的设计，并使开环增益有 了明显的提高，各方面性能指标比较均衡，因此属于通用型运放，应用非常 广泛。典型的产品有A741、LM324、国产的F007、F324、5G24等。
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此，后 面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
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2. 电压传输特性 uo= f (u+- u-)
+Uo(sat) uo
理想特性
线性区
u–
u+– u– u+
O
实际特性
饱和区
–+
uo
+
–Uo(sat) 线性区： uo = Auo(u+– u–)
uO
对地电位
偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。
输入级：前置级，多采用带恒流源的差分放大电路。 要求ri大，Ad大， Ac小，输入端耐压高。
第16章集成运算放大器精品PPT课件
（下）
第16章 集成运算放大器
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的运用 16.3 运算放大器在信号处理方面的运用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
本章要求：
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
u0
(1
RF R1
)ui
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。∵ ui 加 在同相输入端。
② Auf只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。
③ Auf ≥ 1 ，不能小于 1 。 ④ u- = u+ ≠ 0 ，反相输入端不存在“虚地”现象。
当 R1= 或 RF = 0 时， uo = ui ， Auf = 1，
② i+= i– 0 ，仍存在“虚断”现象
16.2 运算放大器 在信号运算方面的运用
16.2.1 比 例 电 路 16.2.2 加 法 运 算 电 路 16.2.3 减 法 运 算 电 路 16.2.4 积 分 运 算 电 路 16.2.5 微 分 运 算 电 路
16.2.1 比例运算
1. 反相比例运算
（1）电路组成 if RF
+ ui
i1
R1
i–
– +
+
– R2 i+
+ u–o
（2）电压放大倍数
∵ 虚断，i+= i– = 0 ，
∴ i1 if
i1
ui
u R1
if
u u0 RF
∵ 虚短 ∴ u– = u+ = 0， 称反相输入端“虚
第16章 集成运算放大器
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的运用 16.3 运算放大器在信号处理方面的运用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
本章要求：
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
u0
(1
RF R1
)ui
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。∵ ui 加 在同相输入端。
② Auf只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。
③ Auf ≥ 1 ，不能小于 1 。 ④ u- = u+ ≠ 0 ，反相输入端不存在“虚地”现象。
当 R1= 或 RF = 0 时， uo = ui ， Auf = 1，
② i+= i– 0 ，仍存在“虚断”现象
16.2 运算放大器 在信号运算方面的运用
16.2.1 比 例 电 路 16.2.2 加 法 运 算 电 路 16.2.3 减 法 运 算 电 路 16.2.4 积 分 运 算 电 路 16.2.5 微 分 运 算 电 路
16.2.1 比例运算
1. 反相比例运算
（1）电路组成 if RF
+ ui
i1
R1
i–
– +
+
– R2 i+
+ u–o
（2）电压放大倍数
∵ 虚断，i+= i– = 0 ，
∴ i1 if
i1
ui
u R1
if
u u0 RF
∵ 虚短 ∴ u– = u+ = 0， 称反相输入端“虚
第16章集成运算放大器及其应用PPT课件
T3
– T2
T4
T9 T12
反相 输入 C
R5
T13
R7 T18
R8
T7
T5
T6 T10
R1
R3 R2
R4
T16 T16
T11
T19
R11
R12
+VCC
T14
T15
输出
R9
u R10
O
T20
-VEE
2. 集成运放 741的电路原理图
5
3. 集成运算放大器的符号
第16章 16
信号传 输方向
反相
u 输入端 – ui
u 同相
输入端 +
理实想际运放开环 电压放大倍数
A
输出端
uo
6
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
1. 运算放大器的电压传输特性
uo= f ( ui ) , 其中 ui = u+ – u– ui
uO
uO
+
– + uo
UOM
UOM
–Uim 0 Uim
ui
0
ui
–UOM 实际运放
–UOM
理想运放
7
+
i1
RRF2
i2 + RRF3
)
i3
16
2. 同相加法运算电路
ＲF
Ｒ1
ui1 ui2 ui3
Ｒ21 Ｒ22 Ｒ23
Ｒ
uo
u u u u O
=
1+
RRF1 R
i1
R21
+
i2
R22
+
i3
R23
– T2
T4
T9 T12
反相 输入 C
R5
T13
R7 T18
R8
T7
T5
T6 T10
R1
R3 R2
R4
T16 T16
T11
T19
R11
R12
+VCC
T14
T15
输出
R9
u R10
O
T20
-VEE
2. 集成运放 741的电路原理图
5
3. 集成运算放大器的符号
第16章 16
信号传 输方向
反相
u 输入端 – ui
u 同相
输入端 +
理实想际运放开环 电压放大倍数
A
输出端
uo
6
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
1. 运算放大器的电压传输特性
uo= f ( ui ) , 其中 ui = u+ – u– ui
uO
uO
+
– + uo
UOM
UOM
–Uim 0 Uim
ui
0
ui
–UOM 实际运放
–UOM
理想运放
7
+
i1
RRF2
i2 + RRF3
)
i3
16
2. 同相加法运算电路
ＲF
Ｒ1
ui1 ui2 ui3
Ｒ21 Ｒ22 Ｒ23
Ｒ
uo
u u u u O
=
1+
RRF1 R
i1
R21
+
i2
R22
+
i3
R23
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3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电 容、电感和变压器均需外接；
4. 二极管多用三极管的发射结代替。
各类型号集成芯片
16.1.2 电路的简单说明
一、电路的基本组成及作用
输入级
中间级
输出级
偏置电路
输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制 零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放 大电路。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路构成。
(3)u 0V,u 5mV; (4)u 5mV,u 0V;
解 u
u
uo Au 0
13 2 106
65V
只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µV， 输出电压就达到正或负的饱和值。
(1(23)u)u(4)u051V55V,muV,Vu,u,u0V5;1m0V1;V0;V;
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– – i+
+
∞ +
因为 uo=Auo(u+–u–)
uo 所以： (1) 差模输入电压约等于 0
电压传输特性
即 u+=u– ,称“虚短”
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
线性区
O
u+–u–
即 i+=i–0,称“虚断”
Auo越大，运放的
线性范围越小，必须 加负反馈才能使其工
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
第16章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义； 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
输输输出输u出出电o出电电u压2o电压压2压110055((u15o5u10o1)011)036VV1130 V63VV 5V
16.2 运算放大器在信号运算方面的应用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导 体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号 进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、 反对数、乘法和除法等运算。
运算放大器工作在线性区时，通常要引入 深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压 的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构 和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。 改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以 实现不同的运算。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
按功能 数字和模拟
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 元器件参数的一致性和对称性好；温度性能好， 抑制零点漂移。
2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接；
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈
高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
3.输入失调电压 UIO 4.输入失调电流 IIO 愈小愈好 5.输入偏置电流 IIB 6.共模输入电压范围 UICM
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
16.1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置 电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路 构成。
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力 强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
输入级
中间级
输出级
偏置电路
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
1.理想运算放大器
+UCC
Auo， rid ， ro0， KCMRR
2.电压传输特性 uo=f(ui) +Uo(sat) uo
理想特性 实际特性
线性区
u+–u–
O
饱和区
–Uo(sat)
u– u+
–+ +
uo
–UEE
线性区：
uo=Auo(u+–u–)
非线性区（饱和区）：
u+>u– 时，uo=+Uo(sat) u+<u– 时，uo=–Uo(sat)
首先判断应用类型，然后利用理想运算放大 器的特征对电路进行分析。
例 F007运算放大器的正、负电源电压为±15V，
开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压（即 Uo(sat))为±13V。在下图电路中分别加如下电压， 求输出电压及其极性：
u－ － ＋
u+ ＋
uo
(1)u 15V,u 10V; (2)u 5V,u 10V;
–Uo(sat)
作于线性区。
4. 理想运放工作在饱和区ห้องสมุดไป่ตู้特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+–u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或 –Uo(sat) 当 u+>u– 时， uo= +Uo(sat) u+<u– 时， uo= –Uo(sat)
不存在 “虚短”现象
(2) i+=i–0,仍存在“虚断”现象
集成运算放大器的应用
1.线性应用 电路结构上存在从输出端到反相输入端的负
反馈支路，输入信号幅度足够小，以保证集成运 算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。
2.非线性应用 电路结构上，集成运算放大器处于开环
（无反馈）或存在从输出端到同相输入端的正 反馈支路，输出总是处于饱和状态，即输出在 正、负最大值之间变化。 集成运算放大器电路分析的方法
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC 输出
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
F007外形引线连接图
16.1.3 主要参数
1.最大输出电压 UOPP
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2.开环差模电压增益 Auo
4. 二极管多用三极管的发射结代替。
各类型号集成芯片
16.1.2 电路的简单说明
一、电路的基本组成及作用
输入级
中间级
输出级
偏置电路
输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制 零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放 大电路。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路构成。
(3)u 0V,u 5mV; (4)u 5mV,u 0V;
解 u
u
uo Au 0
13 2 106
65V
只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µV， 输出电压就达到正或负的饱和值。
(1(23)u)u(4)u051V55V,muV,Vu,u,u0V5;1m0V1;V0;V;
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– – i+
+
∞ +
因为 uo=Auo(u+–u–)
uo 所以： (1) 差模输入电压约等于 0
电压传输特性
即 u+=u– ,称“虚短”
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
线性区
O
u+–u–
即 i+=i–0,称“虚断”
Auo越大，运放的
线性范围越小，必须 加负反馈才能使其工
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
第16章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义； 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
输输输出输u出出电o出电电u压2o电压压2压110055((u15o5u10o1)011)036VV1130 V63VV 5V
16.2 运算放大器在信号运算方面的应用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导 体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号 进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、 反对数、乘法和除法等运算。
运算放大器工作在线性区时，通常要引入 深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压 的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构 和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。 改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以 实现不同的运算。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
按功能 数字和模拟
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 元器件参数的一致性和对称性好；温度性能好， 抑制零点漂移。
2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接；
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈
高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
3.输入失调电压 UIO 4.输入失调电流 IIO 愈小愈好 5.输入偏置电流 IIB 6.共模输入电压范围 UICM
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
16.1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置 电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路 构成。
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力 强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
输入级
中间级
输出级
偏置电路
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
1.理想运算放大器
+UCC
Auo， rid ， ro0， KCMRR
2.电压传输特性 uo=f(ui) +Uo(sat) uo
理想特性 实际特性
线性区
u+–u–
O
饱和区
–Uo(sat)
u– u+
–+ +
uo
–UEE
线性区：
uo=Auo(u+–u–)
非线性区（饱和区）：
u+>u– 时，uo=+Uo(sat) u+<u– 时，uo=–Uo(sat)
首先判断应用类型，然后利用理想运算放大 器的特征对电路进行分析。
例 F007运算放大器的正、负电源电压为±15V，
开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压（即 Uo(sat))为±13V。在下图电路中分别加如下电压， 求输出电压及其极性：
u－ － ＋
u+ ＋
uo
(1)u 15V,u 10V; (2)u 5V,u 10V;
–Uo(sat)
作于线性区。
4. 理想运放工作在饱和区ห้องสมุดไป่ตู้特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+–u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或 –Uo(sat) 当 u+>u– 时， uo= +Uo(sat) u+<u– 时， uo= –Uo(sat)
不存在 “虚短”现象
(2) i+=i–0,仍存在“虚断”现象
集成运算放大器的应用
1.线性应用 电路结构上存在从输出端到反相输入端的负
反馈支路，输入信号幅度足够小，以保证集成运 算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。
2.非线性应用 电路结构上，集成运算放大器处于开环
（无反馈）或存在从输出端到同相输入端的正 反馈支路，输出总是处于饱和状态，即输出在 正、负最大值之间变化。 集成运算放大器电路分析的方法
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC 输出
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
F007外形引线连接图
16.1.3 主要参数
1.最大输出电压 UOPP
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2.开环差模电压增益 Auo